一、字節對齊作用和原因：
對齊的作用和原因：各個硬件平台對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平台對某些特定類型的數據只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構的CPU在訪問一個沒有進行對齊的變量的時候會發生錯誤，那麼在這種架構下編程必須保證字節對齊，其他平台可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平台要求對數據存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平台每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設為32位系統）如果存放在偶地址開始的地方，那麼一個讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀周期，並對兩次讀出的結果的高低字節進行拼湊才能得到該32bit數據，顯然在讀取效率上下降很多。
二、字節對齊規則：
四個重要的概念：
1．數據類型自身的對齊值：對於char型的數據，其自身對齊值為1，對於short型為2，對於int，float，double類型，其自身對齊值為4個字節。
2．結構體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。
3．指定對齊值：#pragma pack (value)時指定的對齊value。
4．數據成員、結構體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。
補充：
1).每個成員分別按自己的方式對齊,並能最小化長度。
2).復雜類型(如結構)的默認對齊方式是它最長的成員的對齊方式,這樣在成員是復雜類型時,可以最小化長度。
3).對齊後的長度必須是成員中最大的對齊參數的整數倍,這樣在處理數組時可以保證每一項都邊界對齊。
#pragma pack(1)
struct test
{
static int a; //static var
double m4;
char m1;
int m3;
}
#pragma pack()
//sizeof(test)=13;
Class test1{ };
//sizeof(test1)=1;
/* 注明：
1、結構或者類中的靜態成員不對結構或者類的大小產生影響，因為靜態變量的存儲位置與結構或者類的實例地址無關；
2、沒有成員變量的結構或類的大小為1，因為必須保證結構或類的每一個實例在內存中都有唯一的地址。*/
#pragma pack(1)
struct test
{
static int a; //static var
double m4;
char m1;
int m3;
}
#pragma pack()
//sizeof(test)=13;
Class test1{ };
//sizeof(test1)=1;
/* 注明：
1、結構或者類中的靜態成員不對結構或者類的大小產生影響，因為靜態變量的存儲位置與結構或者類的實例地址無關；
2、沒有成員變量的結構或類的大小為1，因為必須保證結構或類的每一個實例在內存中都有唯一的地址。*/
示例：
//分析下面的例子C：
//
#pragma pack (2) /*指定按2字節對齊*/
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () //恢復對齊狀態
/*
第一個變量b的自身對齊值為1，指定對齊值為2，所以，其有效對齊值為1，假設C從0x0000開始，那麼b存放在0x0000，符合0x0000%1 = 0；
第二個變量，自身對齊值為4，指定對齊值為2，所以有效對齊值為2，所以順序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四個連續的字節空間中，符合0x0002%2=0。
第三個變量c的自身對齊值為2，所以有效對齊值為2，順序在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。
所以從0x0000到0x0007共八字節存放的是struct C的變量。又struct C的自身對齊值為4，所以struct C的有效對齊值為2。
又8%2=0，struct C只占用0x0000到0x0007的八個字節。所以sizeof(struct C)=8。
如果把上面的#pragma pack(2)改為#pragma pack(4)，那麼我們可以得到結構的大小為12。
*/
//再看下面這個例子
//
#pragma pack(8)
struct S1
{
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
long long e;
};
#pragma pack()
sizeof(S2)結果為24.
/*
S1中:
成員a是1字節默認按1字節對齊,指定對齊參數為8,這兩個值中取1,a按1字節對齊;
成員b是4個字節,默認是按4字節對齊,這時就按4字節對齊,所以sizeof(S1)應該為8;
S2 中:
c和S1中的a一樣,按1字節對齊,
d 是個結構,它是8個字節,它按什麼對齊呢?對於結構來說,它的默認對齊方式就是它的所有成員使用的對齊參數中最大的一個,S1的就是4.所以,成員d就是按4字節對齊.
成員e是8個字節,它是默認按8字節對齊,和指定的一樣,所以它對到8字節的邊界上,這時,已經使用了12個字節了,所以又添加了4個字節的空,從第16個字節開始放置成員e；
長度為24,已經可以被8(成員e按8字節對齊)整除.一共使用了24個字節.
a b
S1的內存布局：11**,1111,
c S1.a S1.b d
S2的內存布局：1***,11**,1111,****11111111
*/
//再看下面這個例子
//
#pragma pack(8)
struct S1
{
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
long long e;
};
#pragma pack()
sizeof(S2)結果為24.
/*
S1中:
成員a是1字節默認按1字節對齊,指定對齊參數為8,這兩個值中取1,a按1字節對齊;
成員b是4個字節,默認是按4字節對齊,這時就按4字節對齊,所以sizeof(S1)應該為8;
S2 中:
c和S1中的a一樣,按1字節對齊,
d 是個結構,它是8個字節,它按什麼對齊呢?對於結構來說,它的默認對齊方式就是它的所有成員使用的對齊參數中最大的一個,S1的就是4.所以,成員d就是按4字節對齊.
成員e是8個字節,它是默認按8字節對齊,和指定的一樣,所以它對到8字節的邊界上,這時,已經使用了12個字節了,所以又添加了4個字節的空,從第16個字節開始放置成員e；
長度為24,已經可以被8(成員e按8字節對齊)整除.一共使用了24個字節.
a b
S1的內存布局：11**,1111,
c S1.a S1.b d
S2的內存布局：1***,11**,1111,****11111111
*/
三、針對字節對齊，我們在編程中如何考慮？
如果在編程的時候要考慮節約空間的話，那麼我們只需要假定結構的首地址是0， 然後各個變量按照上面的原則進行排列即可，基本的原則就是把結構中的變量按照類型大小從小到大聲明，盡量減少中間的填補空間。還有一種就是為了以空間換取時間的效率，我們顯示的進行填補空間進行對齊，比如：有一種使用空間換時間做法是顯式的插入reserved成員：
struct A
{
char a;
char reserved[3]; //使用空間換時間
int b;
};
reserved成員對我們的程序沒有什麼意義，它只是起到填補空間以達到字節對齊的目的，當然即使不加這個成員通常編譯器也會給我們自動填補對齊，我們自己加上它只是起到顯示的提醒作用。
四、字節對齊可能帶來的隱患
代碼中關於對齊的隱患，很多是隱式的。比如在強制類型轉換的時候。例如：
unsigned int i = 0x12345678;
unsigned char *p = NULL;
unsigned short *p1 = NULL;
p=&i;
*p=0x00;
p1=(unsigned short*)(p+1);
*p1=0x0000;
最後兩行代碼，從奇數邊界去訪問unsigned short型變量，顯然不符合對齊的規定。在X86上，類似的操作只會影響效率，但是在MIPS或者sparc上，可能就是一個error，因為它們要求字節必須對齊。
五、如何查找與字節對齊方面的問題
如果出現對齊或者賦值問題首先查看
1．編譯器設置的對齊值
2．看這種體系本身是否支持非對齊訪問
3．如果支持看設置了對齊與否，如果沒有則看訪問時需要加某些特殊的修飾來標志其特殊訪問操作。
摘自 專注於嵌入式
